孫曉建 劉運超 袁野

摘 要：活塞式發(fā)動機在航空領域中應用較為廣泛，主要作用是為飛機提供動力，要想確保飛機運行的安全性和穩(wěn)定性，做好活塞發(fā)動機的故障排查工作尤為重要。基于此本文將對活塞發(fā)動機的運行原理進行說明，對其常遇故障開展深入分析，希望能夠為相關維修人員提供一些參考。

關鍵詞：活塞發(fā)動機;工作原理;故障分析

活塞式發(fā)動機具有經濟型、環(huán)保性和安全性等特點，廣泛應用于航空某輕型教練機和“海燕”等輕型民用飛機，主要用于海岸（邊境）巡邏，漁情探測，防汛指揮、地質勘探以及森林防火偵察等。航空發(fā)動機就是飛機的心臟，它給飛機提供了源源不斷、穩(wěn)定的動力，飛機才能在藍天上翱翔。航空活塞發(fā)動機是國內飛機應用最多的發(fā)動機類型，在飛機飛行中發(fā)動機一旦出現(xiàn)故障，飛機飛行的安全性、穩(wěn)定性將無法保證，甚至會造成機毀人亡的后果。因此，對發(fā)動機故障的重視和研究，是為了更好的規(guī)避發(fā)動機故障風險，最大程度的確保飛機飛行的安全。

1關于活塞發(fā)動機的研究

1.1活塞發(fā)動機的基本構造

活塞發(fā)動機在產生推力時是通過發(fā)動機帶動螺旋槳，通過螺旋槳再推動飛機前進，活塞發(fā)動機屬于一種間接式反推力系統(tǒng)。它主要是由排氣活門、進氣活門、氣缸、活塞、連桿、和曲軸等部分組成。氣缸中的活塞在上下運動時會推動連桿上下運動，接著連桿帶動曲軸轉動，此時螺旋槳也開始轉動，進氣活門與排氣活門主要是用來控制空氣和燃油的進出?；钊桨l(fā)動機的工作流程為進氣、壓縮、燃燒、排氣。

1.2活塞發(fā)動機的特點

活塞發(fā)動機主要用于一些輕小型的飛機上，比如我國的P-51D戰(zhàn)斗機、小鷹-500輕型飛機等都使用的是活塞式發(fā)動機。對于活塞發(fā)動機來講當它進行高速飛行時，螺旋槳的槳尖容易產生激波，如果出現(xiàn)激波，發(fā)動機的運行效率就會降低，所以不適合用于高速飛行。另外隨著飛機飛行速度的提高，發(fā)動機需要的功率就會越來越大，隨著功率的提高，發(fā)動機的重量也會急劇增加，這樣一來就屬于惡性循環(huán)?；钊l(fā)動機在低速飛行時效率較高且耗油率低，具有良好的經濟性，而且活塞式發(fā)動機燃油燃燒比較充分，對環(huán)境污染小、噪聲小。所以綜上所述得知活塞式發(fā)動機既有優(yōu)點，但也存在一些缺點。

1.3活塞發(fā)動機的工作原理

活塞發(fā)動機通過在封閉的氣缸內壓縮空氣和燃油從而膨脹做功來產生能量，首先是曲軸，它的主要作用是用來將活塞的直線運動轉化為旋轉運動，接下來是活塞和活塞桿件，混合空氣膨脹后活塞會被壓縮向下運動，并且?guī)忧S，由氣門控制進入氣缸內的空氣燃油混合氣，這些氣門的關閉由進氣凸輪軸和排氣凸輪軸控制，而凸輪軸由曲軸通過正時皮帶控制[1]。惰輪和張緊輪使皮帶在正確位置上張緊?；钊桨l(fā)動機通常經過四個不同的沖程來實現(xiàn)供能的一個工作循環(huán)，它們分別是進氣、壓縮、做功、排氣，曲軸與凸輪軸的傳動比為2：1，意味著當曲軸轉動兩圈時，凸輪軸轉動一圈，凸輪軸是通過對氣門開關所對應的運動方式進行設計的，這種開關時刻的確定是基于各氣缸所對應的沖程。以四沖程活塞式發(fā)動機運轉為例，經火花塞點燃壓縮后的混合氣，進氣氣門開啟，活塞向下運動，氣缸內吸入氣體，此時氣缸內充滿混合氣，壓縮行程開始壓縮混合氣，同時進排氣門關閉，壓縮行程終止前，火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹后釋放壓力，活塞向下運動，做功行程使曲軸轉動。在排氣行程中，排氣門打開，活塞向上運動排出燃燒后的廢氣，循環(huán)繼續(xù)從進氣行程開始，該循環(huán)使得內燃機運轉并且產生能量，空氣和燃油混合后在化油器內部并且運送到氣缸內，在燃油噴射時，一種是噴射到進氣歧管，另一種是直接噴射到氣缸內?？傮w來說活塞式發(fā)動機的運行主要是通過壓縮的空氣和燃油混合而進行，空氣被導入氣缸中通過活塞進行壓縮，之后和燃油氣體進行混合，隨著油氣混合后被點燃產生的推力使得活塞向下運動到氣缸底部，之后活塞又會回到氣缸頂部進行循環(huán)運動，連接著曲柄軸的連桿將活塞上下運動轉變成旋轉運動狀態(tài)，因此活塞發(fā)動機產生的動力使用范圍較廣，例如輪船、汽車、飛機、鐵路機車等等。

2活塞發(fā)動機常遇故障問題分析

活塞發(fā)動機運行的穩(wěn)定性直接影響著飛機運行的安全性和穩(wěn)定性，因此對活塞發(fā)動機開展故障排查工作是極為必要的。針對常見的故障問題，筆者主要從滑油系統(tǒng)故障、電嘴積鉛故障和氣門卡阻故障方面來開展說明。

2.1滑油系統(tǒng)故障分析及排查

在活塞發(fā)動機的故障排查中，滑油系統(tǒng)故障是最為常見的問題，比如滑油壓力過高、油耗率較高或者滑油滲漏等問題。產生此類問題的主要原因在于滑油等級不準確、滑油量不足、濾網堵塞、釋壓活門調節(jié)不當?shù)鹊萚2]。在日常的故排工作中針對滑油系統(tǒng)，相關維修人員首先要查看指示系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，其次確認故障，根據飛機的型號適當添加滑油，添加滑油的過程中應保持機具整潔，避免有其他雜質落入到滑油系統(tǒng)當中。在飛機運行前要檢查滑油量是否充足，記錄飛行時間，以此來對油耗量進行判斷，確定其是否符合相關標準。如果使用的是新活塞發(fā)動機，在運行前必須要利用磨合油進行潤滑，一天過后檢查滑油金屬微粒，確定油耗率符合標準后更換使用合成滑油。若在檢查過程中發(fā)現(xiàn)金屬屑，要及時對活塞發(fā)動機的內部進行檢查，查驗是否有磨損的情況，如未出現(xiàn)磨損，需對滑油系統(tǒng)進行清理。

2.2電嘴積鉛故障分析及排查

在飛機運行過程中，如果活塞發(fā)動機的電嘴出現(xiàn)問題則會導致發(fā)動機出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，影響飛機的穩(wěn)定運行。根據相關統(tǒng)計表明大多數(shù)活塞發(fā)動機出現(xiàn)振動的原因都是由于電嘴積鉛，若電嘴受到污染就會出現(xiàn)短路的情況，而此時伴隨著氣缸內的混合氣燃燒，就會直接影響發(fā)動機的功率，從而產生振動。因此在活塞發(fā)動機的故障排查中，選擇合適的電嘴是極為重要的，同時要考慮電嘴承受熱量的范圍。針對活塞發(fā)動機電嘴積鉛的問題，相關維修人員首先要明確電嘴的工作溫度變化，選擇合適的電嘴，在拆裝時避免碰到電極，控制好電嘴安裝的松緊度，同時要保證密封良好。如果難以拆卸電嘴，則需利用煤油進行潤滑，或者啟動氣缸頭提升溫度，防止絕緣體損壞。此外要定期清理電嘴，利用噴砂設備清理積鉛，在調整電嘴時要用專業(yè)的機具，防止電嘴損壞。

2.3氣門卡阻故障分析及排查

活塞發(fā)動機出現(xiàn)氣門卡阻的主要原因來自于發(fā)動機內部污染，或發(fā)動機的工作溫度出現(xiàn)了波動[3]?；钊l(fā)動機在長期運行過程中避免不了會產生一些污染物，如果沒有對其進行定期清理，長此以往污染物大量堆積，從而導致氣門卡阻。此外發(fā)動機在運轉過程中，滑油中的碳和燃油中的鉛會被燃燒，此時若發(fā)動機的工作溫度出現(xiàn)波動，會致使碳物質堆積，對滑油系統(tǒng)產生污染，從而導致氣門卡阻?；蛘甙l(fā)動機在運轉過程中工作溫度突然下降，導致發(fā)動機驟冷，也會出現(xiàn)氣門卡阻的現(xiàn)象。針對活塞發(fā)動機氣門卡阻的問題，維修人員要定期對發(fā)動機進行清理維護，對每一次的運行情況都要進行記錄，針對發(fā)動機驟冷問題，要及時調節(jié)貧富油，在發(fā)動機不工作時段，要定時開啟一次，清除發(fā)動機內的污染物。

結束語：

本文對活塞式發(fā)動機的構造、特點及工作原理開展了詳細說明，對活塞發(fā)動機常見故障問題進行了深入分析。通過本文的論述，希望能夠對活塞發(fā)動機的維修提供一些參考意見，確保其運行的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]黃福軍. 微小型自由活塞發(fā)動機理論與實驗研究[D].中國科學院大學（中國科學院工程熱物理研究所），2020

[2]鄧志奇 周克家 李自輝. 航空活塞發(fā)動機排故基本原則與常見故障分析[J]. 科學技術創(chuàng)新，2020（05）：22-23

[3]周克家 鄧志奇 孫曉建. 航空活塞發(fā)動機故障的主要特點及預防[J]. 科學技術創(chuàng)新，2020（07）：45-46